Про квантовую криптографию, оптический компьютинг и кое-что еще, личное...

Пессимисты и скептики существуют для того, чтобы изощрять оптимистов...

В реплике на мой недавний обзор "Квантовая криптография 2004: на пути к квантовому интернету" некто "Инкогнито" (ну и имечко!) выразил свое пессимистическое "фе" таким образом: "...развели: "скоро, очень скоро мы построим город...". Оптический компьютинг давно ляснулся, про него вспоминать считается дурным тоном. А ведь шумели про него не меньше, чем про квантовый компьютинг. Рекламная шумиха о последнем тоже становится все тише. Но квантовый интернет - это крута-а-а!!! Короче, товарищ автор, пожалуйста, постарайтесь соотносить величину реальных достижений в этой области с мощностью шапкозакидательства, посредством которого ученые выбивают себе финансирование. И немножко совести." (www.kv.by/forum/forum2005024601.htm). При этом "Инкогнито" "усиленно рекомендует" ознакомиться с недавней статьей небезызвестного Киви Берда "Квантовая криптонеопределенность", опубликованной в журнале "Компьютерра" 21 декабря (www.computerra.ru/xterra/37181), где, по мнению "Инкогнито", забивается если и не большой осиновый кол, то..., ну, сами знаете, что еще обычно "забивается" на квантовой криптографии. Но, к сожалению, "Инкогнито", похоже, не учел, по крайней мере, двух моментов.

Во-первых, того, что Киви Берд вовсе не отрицает реализуемости квантово-криптографических систем ("Никто не думает оспаривать мнение о том, что технологии квантовых коммуникаций имеет смысл исследовать и развивать дальше. Потенциально они предоставляют весьма интересные возможности в таких областях, как, например, квантовая телепортация или квантовое сжатие информации".), а лишь выражает скепсис относительно их необходимости как реальной альтернативы существующим системам инфобезопасности. Во-вторых, Киви Берд - автор, хорошо известный не только своим высоким профессионализмом, но и своеобразным техноскепсисом (вспомним, хотя бы, его "Гигабайты власти"). Более того, этот скепсис - часть его творческого журналистского амплуа (в массовом, популярном журнале без амплуа нельзя никак). Из самохарактеристики: "По своим философско-бытовым воззрениям на жизнь Киви причисляет себя к даосам, а творческое кредо выражает незамысловато - развлекаться (курсив мой.- С.С.), но чтобы и другим было интересно." (www.computerra.ru/Authors/113). Для меня, например, его статьи и интересны, и развлекательны, а вот для "Инкогнито"...

Такое творческое амплуа предполагает занятие своеобразной метапозиции в отношении любого "мэйнстрима". Например, забалтывается что-то посредством пиара - следует сказать: "А я сомневаюсь". Причем, только от перспективы будет зависеть, на каком полюсе окажется белый пиар, а на каком - черный. В конце концов, в дао они не имеют различий.

Сомнение (в разумных границах) - это центральный в философской традиции трансцендентализма принцип "эпохе", воздержания от вынесения суждений, в частности, и до выяснения условий возможности всякого суждения. Ведь достоверным в сомнении является только сам факт сомнения. А отсюда и первое достоверное суждение: "Cogito ergo sum - Я мыслю, следовательно, я существую" (Рене Декарт).

Но масс-медиа не интересуется трансцендентальными условиями возможности суждений. Здесь любые когитации подчиняются иным максимам, например: "Я утверждаю - за счет этого и существую" или "Я сомневаюсь - существую и за счет этого" и т.п. Главное, чтобы в конце концов интересно было всем. Но этого "даосского" момента наш мистер "Инкогнито" замечать не хочет и готов принимать все написанное авторитетным для него автором за сущую правду.

Означает ли это, что все в статье Киви Берда - неправда. Конечно, нет. Только, как говорится, правда, да не вся. Так, солидность аргументам автора придают точные ссылки на надежные источники: британский "The Economist", "Optics Express", публикации НИСТ (Национального института стандартов и технологий США), Агентства национальной безопасности США и другие. Из ранжированной определенным образом подборки у читателя должно сформироваться четкое убеждение, что квантовая криптография нужна прежде всего коммерсантам, спешащим поделить еще даже и не возникший рынок, само собой, пишущим на эти темы журналистам и, естественно, ученым-"грантососам". Не будем говорить тут о необходимости и общественной ценности фундаментальных исследований, далеких от сиюминутных выгод, и роли пиара (формирования положительного общественного мнения) в получении бюджетного финансирования на проведение таких исследований. Упоминаемый НИСТ тут действует абсолютно в рамках существующих рыночных правил (не понятно, почему ученые нашей Академии наук и университетов слабо пользуются такой возможностью?). Ну а таким гигантам, как IBM (almaden.ibm.com/st/quantum_information/qcrypt; research.ibm.com/quantuminfo), HP (hpl.hp.com/research/qip), Toshiba (toshiba-europe.com/research) и другим - им то зачем все это нужно, если, по логике Киви Берда, куда выгоднее делать вложения в математическую криптографию? Ан нет. Они толк в перспективном маркетинге знают.

Вот только незадачливый "Инкогнито", к тому же почему-то обиженный на ученых-"грантососов", принимает все за чистую монету. Он не хочет даже внимать законам природы и общества, которые свидетельствуют, что, если что-то возможно (а квантовая криптография очевидно возможна), то оно рано или поздно осуществляется. При этом оно вовсе не отменяет других возможных форм, они могут сосуществовать и даже взаимодействовать и создавать симбиотические формы. Скорее всего, так будет с классическими и квантовыми компьютерами, с классическими и квантовыми криптосистемами и т.д. Другой вопрос: зачем вообще все это нужно? Но это уже вопрос метафизический.

Позиция же "Инкогнито", поверившего развлекающемуся Киви Берду, подобна позиции того, кто говорит: "У меня есть хороший диод, так на кой черт мне транзистор?". Или: "У нас есть стройная классическая теория, правда, на горизонте плавают два маленьких облачка, но зачем ради них нам непонятные квантовая теория и теория относительности, лучше будем улучшать уже существующую теорию". И, действительно, многие до сих пор вполне успешно работают в "классическом режиме", получают замечательные, практически значимые результаты и переквалифицироваться в "неклассиков" вовсе не собираются. Только кажется мне, никто из них также не собирается оспаривать бесспорной ценности неклассической науки, которой прежде всего мы обязаны достижениями современной цивилизации.

Ну а ретрограды всегда были, есть и будут. Тут лишь можно вспомнить слова основоположника квантовой идеологии Макса Планка о том, что "новые идеи побеждают не потому, что они правильны, а потому, что уходят носители старых идей". (Я, конечно же, никому не желаю тут смерти.)

Что же касается оптического компьютинга, то, как и в случае с квантовой криптографией, создается впечатление, что наш "Инкогнито" ничего, кроме "Компьютерры" или другой популярной прессы, не читает или о положении вещей судит только по производимому вокруг них шуму. Ведь обидно, конечно: только что прочитал о чисто оптическом компьютере, пошел в магазин, а его там нет... А тут и газетно-журнальный шум приутих. Нет шума - значит, нет и реалии. "Инкогнито" чем-то похож на персонажа рассказа Аркадия Аверченки "Телеграфист Надькин", для которого что-то и существует только, если он это что-то видит или слышит. В философии такая позиция называется солипсизмом.

А между тем, и в области оптического компьютинга идет нормальная работа, проводятся солидные научные форумы, выходят публикации, студентам читаются спецкурсы, в Wikipedia имеется отдельная статья (en.wikipedia.org/wiki/Optical_computing), создаются специализированные исследовательские подразделения и т.д. Так что, ignorantia, мистер "Инкогнито", non est argumentum (незнание - не аргумент), как говорили римские законники.

Ну а вопрос о совести, завершающий реплику "Инкогнито", вышесказанным, кажется, разрешается достаточно. Кстати, кроме прочего, incognito означает также и "живущий под чужим именем". Обычно это надо тому, у кого есть причины скрывать свое настоящее имя. Пусть это остается на его совести.

Завершить же "наш ответ Чемберлену", чтобы больше к этой теме не возвращаться, хотелось бы словами уже упомянутого Рене Декарта: "Бестолково рассуждать о том, чего не знаешь, вместо того, чтобы изучать это". Dixi!

Возвращаясь же к оптическому компьютингу, следует отметить, что большинством специалистов он оценивается как одно из самых перспективных возможных, наряду с телекоммуникационными, приложений бурно развивающейся ныне фотоники. И в ушедшем году здесь был достигнут значительный прогресс, что и было засвидетельствовано, в частности, на 7-й Международной конференции по оптоэлектронике, волоконной оптике и фотонике, которая состоялась 9-11 декабря в индийском городе Кочи (www.photonics2004.com), которая как бы подвела итоги года. Кстати, там работала и отдельная секция "Оптический и квантовый компьютинг".

Среди критических достижений года минувшего многие эксперты, в частности, журнала "Opto & Laser Europe" (optics.org), признают значительный прогресс в области кремниевой фотоники. Разработчики новых технологических решений для электроники будущего давно мечтают о том, чтобы объединить в пространстве одного кремниевого "суперчипа" электронные и оптические компоненты. Причина ясна: кремниевые технологии - одни из самых разработанных, и их внедрение не требует создания совершенно новых производств, а значит, и делает новые устройства востребованными массовым потребителем по ценовому критерию. В 2004 году эта мечта приблизилась к осуществлению.

Так, уже в феврале всем известная Intel продемонстрировала высокоскоростной оптический модулятор, работающий на частоте 1 ГГц и изготовленный только из кремния (Nature, Vol. 427, P. 615-618, 12.02.2004). Правда, представленный Intel прототип уступает пока коммерческим продуктам на основе ниобата лития (LiNbO3) и III-V-полупроводников. Но его достоинство в том, что он - кремниевый.

Кремниевый волноводный модулятор работает по схеме интерферометра Маха-Цендера. В данном случае она была реализована так, что кремниевый волновод расщеплялся на два плеча, которые затем вновь соединялись. Подача напряжения на одно из плеч приводила к небольшому изменению индекса преломления кремния и позволяла контролировать количество испускаемого устройством света.

Важно то, что Intel'овский прототип работает в важном для телекоммуникаций диапазоне длин волн (1,5 мкм) при напряжении 8 В с коэффициентом контрастности 16 дБ. Однако и вносимые потери также пока высоки - 15,3 дБ, тогда как в модуляторах на основе ниобата лития этот показатель порядка 5 дБ при рабочей частоте 10 ГГц. Так что Intel'овским специалистам есть еще над чем поработать. Подробности на: www.intel.com/technology/silicon/sp. Саму статью можно скачать с: ftp://download.intel.com/technology/silicon/sp/download/natureintc.pdf.

Другим достижением в области кремниевой фотоники эксперты признали первый кремниевый лазер, разработанный учеными из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, способный испускать пикосекундные импульсы при длине волны 1,68 мкм (Optics Express, Vol. 12, No. 21, P. 5269; пресс-релиз: engineer.ucla.edu/news/stories_2004/siliconlaser.html). В других лабораториях уже научились вызывать испускание света кремнием или путем легирования его эрбием, или изрешечивая его маленькими дырочками. Однако достичь лейзинга (вынужденного излучения) таким образом не удавалось. Калифорнийские ученые попытались использовать эффект Рамана и добились успеха.

Эффект Рамана (комбинационного рассеяния света) заключается в том, что при определенных условиях внутренние колебания атомов внутри материала могут приводить к усилению проходящего сквозь него оптического сигнала. Для кремния этот эффект очень сильный, поэтому группа Бахрама Джалали (Bahram Jalali) и решила использовать его для вызывания лейзинга в кремниевом волноводе длиной в несколько сантиметров. В эксперименте 2-сантиметровый кремниевый волновод помещался в петлевой резонатор, а накачка осуществлялась 30-пикосекундными лазерными импульсами на длине волны 1,54 мкм. При пиковой мощности накачки 9 Вт устройство начинало излучать 25-пикосекундные импульсы на длине волны 1,675 мкм.

Достоинство данного метода в том, что не требуется введения никаких специальных примесей или создания наноструктур, а поэтому технология полностью совместима с существующими технологиями. Но имеются и недостатки: кремниевый лазер требует оптической накачки, а поэтому не может рассматриваться в качестве альтернативы лазерным диодам с электрической накачкой. Зато они могут служить в качестве устройства, которое может выводить лазерные диоды в область длин волн, в которой они обычно не работают.

И как весьма обнадеживающие воспринимаются экспертами работы известной компании STMicroelectronics (www.st.com) по интеграции электронных и кремниевых оптических элементов в одном чипе, в частности, разработанный ею коммерческий прототип матрицы кремниевых светодиодов и фотодетекторов, которая может работать как полностью кремниевое оптическое коммутационное устройство.

Если динамика достижений в области кремниевой фотоники сохранится, то, возможно, именно 2005 год станет переломным и уже через 2-3 года на рынке появятся первые конкурентоспособные чисто кремниевые оптоэлектронные устройства. Первоначально, конечно, это будет телекоммуникационное оборудование. Но специалисты полагают, что отработанные технологии позволят создавать и быстродействующие вычислительные оптические устройства на кремниевой основе.

Кремниевая фотоника - лишь одно из направлений, следуя которому, можно будет создавать оптические компьютеры. Но отрабатываются и другие перспективные схемы, например, на основе нелинейных фотонных кристаллов или, наоборот, линейных оптических элементов. В настоящее время оптический компьютинг часто бывает "замаскирован" под рубрикой квантового компьютинга, поэтому его можно и не заметить. Однако никуда он не "ляснулся", в чем легко может убедиться каждый, кому хотя бы не лень "прогуглить" интернет. Может, и почитать чего захочется...

Сергей САНЬКО

Версия для печатиВерсия для печати

Номер: 

05 за 2005 год

Рубрика: 

Quanta et Qualia
Заметили ошибку? Выделите ее мышкой и нажмите Ctrl+Enter!

Комментарии

Страницы

Аватар пользователя Инкогнито
>Чтобы вы неправильно не поняли, добавлю

Видите ли, я уже не понимаю, что _еще_ мне предстоит не понять неправильно:) Я отвечаю на один вопрос, которому вас _так_ учили в ВУЗе, -- появляется другой:) Неужели вы хотите выяснить, знаю ли я всё то, чему вас учили в ВУЗе?:) Конечно же, не знаю!:)

>для рассылки ключей (т.е., аутентификации) лучше всего подходит именно квантовая криптография

Прежде всего, она подходит _только_ для рассылки ключей, в том смысле, что совсем не подходит для передачи достаточно длинных сообщений. Скорости не те. Далее, расстояния: по оптоволокну порядка сотни км, либо по воздуху до прямой видимости. Далее, ограничение точка-точка, ни усиления, ни маршрутизации. Далее, оборудование в виде черного ящика, которое вы купите у фирмы и обязаны довериться всему тому, что в него зашито, в т.ч. тому, что потрогали руки тамошнего инсайдера. И всё это -- только чтобы передавать ключи, которые потом будут использованы для шифрования и классической передачи большИх массивов информации. По-моему, прав Бёрд: вместо этих двух черных ящиков, которые привозят из одной фирмы в две точки, гораздо проще, дешевле и безопаснее привезти в эти две точки две стопки CD или два винта с баальшим набором длиннючих одноразовых ключей (которые сгенерят и запишут без участия третьей стороны, заметьте), менять часто, после использования уничтожать физически.

>Отправитель не высылает очередной блок ключа, не получив от получателя криптозапрос на его передачу

Отправитель уверен, что получатель -- именно _тот_ получатель, а не лицо, перекусившее зубами оптоволокно и вставившее в разрыв свой специальный черный ящик, ведущий квантовые и классические разговоры в обе стороны одновременно?:) Каким же образом он уверен, если он заранее не обменялся с настоящим получателем никакими ключами? И чем криптуется этот "криптозапрос": квантово -- тогда и его правильный прием обсуждать надо, классически -- тогда каким образом переданным ключом? Конечно, в "квантовом" ящике от фирмы всё будет предусмотрено, в смысле механизма аутентификации, но см. выше.

>у Инкогниты-2 его доставлял убиваемый раб

Теперь дешевле сжечь стопку CD:)

Аватар пользователя full fool
>прав Бёрд: ...гораздо проще, дешевле и безопаснее привезти в эти две точки две стопки CD

Да, недостатки у квантовых криптоканалов есть. Но разве они принципиально не устранимы? Или вот, например, дипканал. Там не нужна ни скорость, ни объемы сообщений, да и "точка-точка" устроит. В этом случае одноразовый ключ, нигде не существовавший ранее, наверное, надежнее стопки заранее записанных, диппочтой доставленных и потом хранимых CD? Так ли уж прав Бёрд? Может это он так шутил?

Аватар пользователя Инкогнито
>Может это он так шутил?

Отлично пошутил. И понеслось!:)

Аватар пользователя full fool
>Но если вдоль всей линии не ходят часовые с пулеметами наголо, то он может сам стать адресатом, полноценным, где-то в середине линии, полностью отрубив настоящего адресата от вас

Да, но есть еще т.н. защитная "прокачка": по криптоканалу, когда не передается ключ или данные, постоянно гонится "лабуда" из случайных или псевдослучайных чисел (генератор Инкогниты-2 подойдет?). Фишка в том, что враг не знает момента, когда необходимо врезаться. А врезаться нужно заблаговременно. Тут получатель перестает принимать защитную "лабуду", стопорит обратный канал и по запасному каналу травит отправителю алярм, после чего отправитель продолжает гнать только "лабуду" или вообще прекращает передачу. Вот, без пулеметов.

Аватар пользователя Инкогнито
Без пулеметов, но зато с паяльной лампой:) Кстати, не могу согласиться, что посольством не нужен широкий криптоканал. У них очень много информации шпионского или политически диверсионного характера: постоянно то одного выдворяют, то другого:) А работнику посольства, который возвращается из отпуска, совсем не трудно привезти в нагрудном кармане свежий компактик с длинными ключами по Киви Бёрду, хоть этот Бёрд и шутит:) Ни до спутника, ни до границы даже нашей небольшой страны вы квантовое крипто не дотянете:)
Аватар пользователя Логик
full fool (foolish job)> Фишка в том, что враг не знает момента, когда необходимо врезаться.

Фишка в том, что и свой не знает момента, когда враг уже врезался.

А на авось в этом деле полагаться даже вместе с квантовой криптографией - это сейчас не прокатит.

Аватар пользователя Инкогнито
Ой, какой я забавный старый форум откопал:

http://www.kv.by/forum/forum2003363801.htm

Там и про квантовый компьютинг есть:

"Ваня 25 ноября 2003 года, 18:15 Ну, в Академии сообразительные люди работают, с высоким ай-кью:) Как сказал один из них, когда дело касается наших шкурных интересов -- мы наперсточники высшей категории:) (не я) Это к тому, что если надо делать квантовый компьютер, то вдруг выясняется, что все уж давно только его и делают; а в моду уж входит борьба с терроризмом..."

Там и mike (old student) есть, экзаменует, как всегда:

"mike (os) 9 октября 2003 года, 07:26: Вопрос к Ване: в чем разница между сетью Петри и чашкой Петри? :)" (В ответ Ваня достал из широких штанин...)

А почему я тот форум вспомнил? А потому, что жили-были какие-то шумеры, развивали арифметику для нужд учета и контроля своего всеобъемлющего планового хозяйства, но не только для нужд, а еще и что-то, в то время не имеющее практического значения, вроде разложения натуральных чисел на простые множители, и спустя 6000 лет это унядрылось в какие-то криптографии, такие, что перехватить ноль проблем, не квантовое, шумерское, да не прочтешь, вот такая ценность фундаментальной науки:) "Большие открытия не делаются по заказу", называлась обсуждаемая там статья. Арифметика целых чисел унядрылась в крипто великолепно, а вот квантовая физика не делает того, что от нее вымогают в этой области, зато прекрасно работает в других местах, в лазере сиди-драйва, например. Природу не изнасилуешь. Однако "под заказ" совсем не трудно перепахать бульдозером оптоволокно, проложенное для квантового крипто, извините, больше не повторится, защитная прокачка "лабуды" прервется, алярм и все такое, а пока канал будут латать на поврежденном участке, в другом месте специалисты быстро и незаметно "врежут" черный ящищек:)

Аватар пользователя full fool
>свой не знает момента, когда враг уже врезался

А нарушение связи в момент врезки?

>совсем не трудно перепахать бульдозером оптоволокно

Гранатой быстрее. И пока ремонт - в другом месте врезают черный ящик. А толку нет: после устранения разрушения, вызванный яшиком разрыв обратной связи между сторонами стопорнет обмен: стороны будут пытаться обменяться информацией, но она не проходит, и в канал сторонами бесконечно отправляются не информационные, а служебные блоки, бесполезные перехватчику. Канал не заработает, как надо. В такой ситуации стороны в конце-концов найдут ящик. Уголовный труд насмарку. Вот поэтому в ваших же ссылках указано, что отводят только часть сигнала.

Аватар пользователя Инкогнито
>Гранатой быстрее.

зато бульдозером законнее. просто халатность при выполнении строительных работ. прорабу устный выговор и лишение квартальной премии.

>В такой ситуации стороны в конце-концов найдут ящик.

конечно. после первого же разрыва прогонки "лабуды" им только и остается искать и возможно найти, или не найти, если бульдозерист действительно перепил. это даже не гланды удалять паяльной лампой через задний проход, это прямо-таки секс стоя на лыжах в гамаке. а обычное математическое крипто через интернет... долго же бульдозеру пахать, пока всю сеть перепашет, на земле, под водой и в космосе... а толку никакого: связь восстановят и бегать вдоль канала (да и которого?) вам не придется, пусть себе слушают.

Аватар пользователя Логик
full fool (foolish job)>>свой не знает момента, когда враг уже врезался

>А нарушение связи в момент врезки?

Уточним: свой не знает момента, когда очередное(!) нарушение связи вызвано тем, что это враг уже врезался.

Страницы